JP2003281991A - Hot cathode and discharge apparatus using the same - Google Patents

Hot cathode and discharge apparatus using the same

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JP2003281991A
JP2003281991A JP2002080068A JP2002080068A JP2003281991A JP 2003281991 A JP2003281991 A JP 2003281991A JP 2002080068 A JP2002080068 A JP 2002080068A JP 2002080068 A JP2002080068 A JP 2002080068A JP 2003281991 A JP2003281991 A JP 2003281991A
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diamond
carbon
thin film
electrode
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve manufacturing yield and durability of a hot cathode discharge apparatus by preventing a diamond from peeling off an electrode. <P>SOLUTION: The discharge apparatus comprises an enclosure 10 in which a discharge gas is sealed up, and hot cathodes 11a and 11b disposed in the enclosure 10. The hot cathodes 11a and 11b comprise an electrode, a first member which is provided on the surface of an electrode of the electrode and comprises a carbon containing SP2 hybrid orbital coupling, and a second member which is provided on the surface of the first member and comprises diamond. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱陰極及びこれを
用いた放電装置に係わり、特に照明等に用いられる熱陰
極及びこれを用いた放電装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot cathode and a discharge device using the same, and more particularly to a hot cathode used for illumination and the like and a discharge device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10に従来の一般的な熱陰極放電灯の
構造を示す。この図に示されるように従来の一般的な熱
陰極放電灯は、蛍光体102を塗布したガラス管100
と、ガラス管両端に取り付けられた一対の電極(フィラ
メント)101a、101bと、導入線101c及び1
01dと、一対の金具104a、104bとにより構成
されている。導入線101c及び101dは電極101
a、101bをそれぞれ保持し通電を行うためのもので
あり、一対の金具104a、104bによりそれぞれ保
持される。電極101a及び101bは、2重または3
重のコイル状のフィラメントにエミッタと呼ばれる電子
放出物質が塗布されている。ガラス管内には放電を容易
にするために封止ガス103としてアルゴン又は混合希
ガスと微量の水銀が2〜4hPaの圧力で封止されてい
る。
2. Description of the Related Art FIG. 10 shows the structure of a conventional general hot cathode discharge lamp. As shown in this figure, the conventional general hot cathode discharge lamp has a glass tube 100 coated with a phosphor 102.
, A pair of electrodes (filaments) 101a and 101b attached to both ends of the glass tube, and lead wires 101c and 1
01d and a pair of metal fittings 104a and 104b. Introducing lines 101c and 101d are electrodes 101
a and 101b for holding and energizing, respectively, and held by a pair of metal fittings 104a and 104b, respectively. The electrodes 101a and 101b are double or triple.
An electron emitting material called an emitter is applied to a heavy coiled filament. Argon or a mixed rare gas and a small amount of mercury are sealed as a sealing gas 103 in the glass tube at a pressure of 2 to 4 hPa to facilitate discharge.

【0003】放電の際は、電極101a、101bに電
流を流し予熱すると、高温になったエミッタから電子が
放出される。放出された電子は対極電極(陽極)に移動
し、放電が開始する。ここで、一般的には放電を生じさ
せるために交流電圧を電極101a、101bに印加す
る構成となっており、電極101a、101bの片方が
エミッタとして作用するときは他方は対極電極(陽極)
として作用する。この放電により電子はガラス管100
内に封止した水銀原子と衝突する。水銀原子は衝突によ
りエネルギーを受け紫外線を放出する。この紫外線によ
り蛍光体102が励起され可視光線を発生する。発光色
は蛍光体の種類によって異なり、白色、昼光色、青色な
ど数々の色種の光がランプから放射される。
During discharge, when current is applied to the electrodes 101a and 101b to preheat them, electrons are emitted from the emitter that has become high in temperature. The emitted electrons move to the counter electrode (anode) and the discharge starts. Here, generally, an AC voltage is applied to the electrodes 101a and 101b in order to generate discharge, and when one of the electrodes 101a and 101b acts as an emitter, the other electrode is a counter electrode (anode).
Acts as. Electrons are generated in the glass tube 100 by this discharge.
Collide with mercury atoms sealed inside. Mercury atoms receive energy by collision and emit ultraviolet rays. The ultraviolet light excites the phosphor 102 to generate visible light. The emission color differs depending on the type of phosphor, and light of various color types such as white, daylight, and blue is emitted from the lamp.

【0004】放電中のフィラメントは1000度以上に
も達し、コイルに塗布しているエミッタは蒸発したり、
イオンまたは電子衝突を受けスパッタされて消耗してい
く。このような蒸発やスパッタにより電子放出物質はガ
ラス管内に拡散する。拡散した電子放出物質はガラス管
内面に付着し、水銀と反応してアマルガムを形成し黒化
する。この現象は外見を損なうばかりでなくランプの光
束低下をきたす主因ともなる。
The filament during discharge reaches 1000 degrees or more, the emitter coated on the coil evaporates,
Upon being bombarded with ions or electrons, they are sputtered and consumed. The electron emission material diffuses into the glass tube by such evaporation or sputtering. The diffused electron-emitting substance adheres to the inner surface of the glass tube and reacts with mercury to form amalgam and blacken. This phenomenon not only spoils the appearance but also becomes a main cause of the decrease in the luminous flux of the lamp.

【0005】電子放出物質の消耗を防ぐための手段は数
々なされている。例えば、電子放出物質をスパッタされ
難い物質であるダイヤモンドにする構造がある(特開平
10-69868及び特開2000-106130)。図11はこの構造を
示す断面図であり、図10の電極101a、101bの
構成を拡大して示す断面図である。図11に示すように
電極材料105aにダイヤモンド粒子105bが塗布に
より付着させられている。塗布、付着させるために、例
えばダイヤモンド粒子を有機溶剤に混ぜ電極材料をこの
溶液に浸し超音波洗浄を行う。
There are various means for preventing the consumption of the electron emitting material. For example, there is a structure in which an electron-emitting substance is made into diamond, which is a substance that is difficult to be sputtered (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10 (1999) -31977).
10-69868 and JP-A-2000-106130). FIG. 11 is a cross-sectional view showing this structure, which is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the electrodes 101a and 101b in FIG. As shown in FIG. 11, diamond particles 105b are attached to the electrode material 105a by coating. For coating and adhesion, for example, diamond particles are mixed with an organic solvent, the electrode material is immersed in this solution, and ultrasonic cleaning is performed.

【0006】しかしながら、本発明者の研究によれば、
電子放出物質をダイヤモンドにする場合、スパッタによ
るダイヤモンドのエッチングあるいは消耗は抑制される
ものの、電極材料である金属類、例えばタングステンと
ダイヤモンドとの間の密着性は悪く、電極からのダイヤ
モンドの剥がれが多発し、熱陰極放電灯等の放電装置の
製造歩留まりや耐久性は著しく劣っていることが新たに
判明した。
However, according to the research conducted by the present inventor,
When diamond is used as the electron-emitting substance, although diamond etching or consumption due to sputtering is suppressed, the adhesion between the metal, which is the electrode material, such as tungsten and diamond, is poor, and the diamond often peels from the electrode. However, it was newly found that the manufacturing yield and durability of the discharge device such as a hot cathode discharge lamp were extremely poor.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来、
電子放出物質としてダイヤモンドを用いる熱陰極放電灯
等の放電装置は、電極材料である金属類、例えばタング
ステンとダイヤモンドとの間の密着性が悪く、電極から
のダイヤモンドの剥がれが多発し、放電装置の製造歩留
まりや耐久性は著しく劣っていた。
As described above, as described above,
Discharge devices such as hot cathode discharge lamps that use diamond as an electron-emitting substance have poor adhesion between electrodes and metals such as tungsten, and diamond is frequently peeled off from the electrode. The manufacturing yield and durability were extremely poor.

【0008】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、電極からのダイヤモンドの剥がれを防止し、熱
陰極放電装置の製造歩留まりや耐久性を改善することが
可能な熱陰極及びこれを用いた放電装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a hot cathode capable of preventing the diamond from peeling off from the electrode and improving the manufacturing yield and durability of the hot cathode discharge device, and the hot cathode. It is an object of the present invention to provide a used discharge device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】(構成)上述した課題を
解決するために、本発明は、電極と、この電極の表面に
設けられSP2混成軌道結合を含む炭素からなる第1の
部材と、この第1の部材の表面に設けられダイヤモンド
からなる第2の部材とを具備することを特徴とする熱陰
極を提供する。
(Means for Solving the Problems) (Structure) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an electrode and a first member made of carbon provided on the surface of the electrode and containing SP2 hybrid orbital bonds. A hot cathode comprising: a second member made of diamond and provided on the surface of the first member.

【0010】また、本発明は、放電用ガスが封入された
外囲器と、この外囲器内に配置された熱陰極とを備えた
放電装置であって、前記熱陰極は、電極と、この電極の
表面に設けられSP2混成軌道結合を含む炭素からなる
第1の部材と、この第1の部材の表面に設けられダイヤ
モンドからなる第2の部材とを具備することを特徴とす
る放電装置を提供する。
Further, the present invention is a discharge device comprising an envelope in which a discharge gas is sealed, and a hot cathode arranged in the envelope, wherein the hot cathode is an electrode. A discharge device comprising a first member made of carbon provided on the surface of this electrode and containing SP2 hybrid orbital bonds, and a second member made of diamond provided on the surface of this first member. I will provide a.

【0011】上述した本発明において、以下の構成を備
えることが好ましい。
In the above-mentioned present invention, it is preferable to have the following configuration.

【0012】(1)前記第1の部材の炭素はSP3混成
軌道結合をも含むこと。
(1) The carbon of the first member also includes an SP3 hybrid orbital bond.

【0013】(2)前記第1の部材は非晶質の炭素から
なること。
(2) The first member is made of amorphous carbon.

【0014】(3)前記第1の部材は電極の表面全面に
設けられていること。
(3) The first member is provided on the entire surface of the electrode.

【0015】(4)前記第2の部材はダイヤモンド粒子
を含むこと。
(4) The second member contains diamond particles.

【0016】(5)前記ダイヤモンド粒子の間にはSP
2混成軌道結合を含む炭素が設けられていること。
(5) SP between the diamond particles
The carbon containing two hybrid orbital bonds is provided.

【0017】(6)前記第2の部材の表面が粗面に形成
され、当該表面には前記ダイヤモンド粒子及び前記SP
2混成軌道結合を含む炭素が露出してなること。
(6) The surface of the second member is formed as a rough surface, and the diamond particles and the SP are formed on the surface.
2 Exposed carbon containing hybrid orbital bonds.

【0018】(7)前記第2の部材における前記ダイヤ
モンド粒子の間に設けられたSP2混成軌道結合を含む
炭素は、前記第1の部材におけるSP2混成軌道結合を
含む炭素と同じ材質からなること。
(7) The carbon containing SP2 hybrid orbital bond provided between the diamond particles in the second member is made of the same material as the carbon containing SP2 hybrid orbital bond in the first member.

【0019】(8)前記第2の部材はドナー性不純物を
含有するダイヤモンドからなること。
(8) The second member is made of diamond containing a donor impurity.

【0020】(9)前記放電用ガスは200nm以下の
主要発光ピークを有する元素を含むガスを含むこと。
(9) The discharge gas contains a gas containing an element having a main emission peak of 200 nm or less.

【0021】(10)前記放電用ガスは希ガスと水銀を
含むこと。
(10) The discharge gas contains a rare gas and mercury.

【0022】(11)前記放電用ガスはXeを含むこ
と。
(11) The discharge gas contains Xe.

【0023】(12)前記放電用ガスは水素ガスを含む
こと。
(12) The discharge gas contains hydrogen gas.

【0024】(13)前記放電装置が放電灯であるこ
と。
(13) The discharge device is a discharge lamp.

【0025】(14)前記放電装置がプラズマディスプ
レイであること。
(14) The discharge device is a plasma display.

【0026】(作用)本発明によれば、電極上にSP2
混成軌道結合を含む炭素からなる第1の部材を介してダ
イヤモンドからなる第2の部材が形成されており、電極
と第1の部材との間、第1の部材と第2の部材との間そ
れぞれの密着性は良好である(特に、SP2混成軌道結
合を含む炭素とダイヤモンドとは同じ炭素系であり、相
互の密着性は非常に高い。)ので、ダイヤモンドからな
る第2の部材が電極から剥離するという問題を効果的に
防止することができ、放電装置の耐久性を大幅に向上さ
せることが可能である。第1の部材が非晶質の炭素から
なる場合には、上記密着性は非常に高くなる。この場
合、第1の部材の膜厚の制御性も良く数ナノメーターの
オーダーで制御可能であり、密着性の効果に対する貢献
は大きい。
(Operation) According to the present invention, SP2 is formed on the electrode.
A second member made of diamond is formed via a first member made of carbon containing a hybrid orbital bond, and between the electrode and the first member, between the first member and the second member. Since the respective adhesions are good (especially, carbon containing SP2 hybrid orbital bond and diamond are the same carbon system and mutual adhesion is very high), the second member made of diamond is separated from the electrode. The problem of peeling can be effectively prevented, and the durability of the discharge device can be significantly improved. When the first member is made of amorphous carbon, the above-mentioned adhesion is very high. In this case, the controllability of the film thickness of the first member is good and can be controlled on the order of several nanometers, which makes a large contribution to the effect of adhesion.

【0027】さらに、熱陰極を用いた放電装置において
電子放出物質にダイヤモンドを使用する場合、ダイヤモ
ンドはスパッタリング耐性が大きいので、放電中のプラ
ズマによるスパッタリングに起因する電子放出物質の消
耗や電子放出物質の電極からの剥がれの問題を改善する
ことが可能である。ダイヤモンドからなる第2の部材が
連続膜である場合、かかる連続膜が電極全面を保護する
ことにより上記効果が著しくなる。
Furthermore, when diamond is used as an electron emitting substance in a discharge device using a hot cathode, since diamond has a high sputtering resistance, the electron emitting substance is consumed and the electron emitting substance is consumed due to sputtering by plasma during discharge. It is possible to improve the problem of peeling from the electrode. When the second member made of diamond is a continuous film, the above effect becomes remarkable because the continuous film protects the entire surface of the electrode.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施様態について詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0029】(第1の実施形態)図1は、本発明の放電
装置に係る熱陰極放電灯の構造を示す概略図である。こ
の図に示されるように本実施形態に係る熱陰極放電灯
は、蛍光体12を塗布したガラス管10と、ガラス管両
端に取り付けられた一対の電極11a、11bと、導入
線11c及び11dと、一対の金具14a、14bとに
より構成されている。導入線11c及び11dは電極1
1a、11bをそれぞれ保持し通電を行うためのもので
あり、一対の金具14a、14bによりそれぞれ保持さ
れる。電極11a及び11bは、2重または3重のコイ
ル状のフィラメント(例えば、タングステン等からな
る。)にエミッタと呼ばれる電子放出物質が塗布されて
いる。ガラス管内には放電を容易にするために封止ガス
13としてアルゴン又は混合希ガスと微量の水銀が2〜
4hPaの圧力で封止されている。
(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a hot cathode discharge lamp according to the discharge device of the present invention. As shown in this figure, the hot cathode discharge lamp according to the present embodiment includes a glass tube 10 coated with a phosphor 12, a pair of electrodes 11a and 11b attached to both ends of the glass tube, and lead wires 11c and 11d. , A pair of metal fittings 14a and 14b. Introducing wires 11c and 11d are electrodes 1
1a and 11b are used for holding and energizing, respectively, and are held by a pair of metal fittings 14a and 14b, respectively. The electrodes 11a and 11b are formed by coating a double or triple coil-shaped filament (for example, made of tungsten) with an electron-emitting substance called an emitter. Argon or mixed rare gas and a small amount of mercury are used as the sealing gas 13 in the glass tube to facilitate discharge.
It is sealed with a pressure of 4 hPa.

【0030】放電の際は、電極11a、11bに電流を
流し予熱すると、高温になったエミッタから電子が放出
される。放出された電子は対極電極(陽極)に移動し、
放電が開始する。ここで、一般的には放電を生じさせる
ために交流電圧を電極11a、11bに印加する構成と
なっており、電極11a、11bの片方がエミッタとし
て作用するときは他方は対極電極(陽極)として作用す
る。この放電により電子はガラス管10内に封止した水
銀原子と衝突する。水銀原子は衝突によりエネルギーを
受け紫外線を放出する。この紫外線により蛍光体12が
励起され可視光線を発生する。発光色は蛍光体の種類に
よって異なり、白色、昼光色、青色など数々の色種の光
がランプから放射される。
During discharge, when current is applied to the electrodes 11a and 11b to preheat them, electrons are emitted from the high-temperature emitter. The emitted electrons move to the counter electrode (anode),
Discharge starts. Here, generally, an AC voltage is applied to the electrodes 11a and 11b in order to generate discharge, and when one of the electrodes 11a and 11b acts as an emitter, the other acts as a counter electrode (anode). To work. Due to this discharge, the electrons collide with the mercury atoms sealed in the glass tube 10. Mercury atoms receive energy by collision and emit ultraviolet rays. This ultraviolet light excites the phosphor 12 to generate visible light. The emission color differs depending on the type of phosphor, and light of various color types such as white, daylight, and blue is emitted from the lamp.

【0031】図2は、電極11a、11bの構成を拡大
して示す断面図であり、本発明による熱陰極の特徴的な
構成を示す図である。図2に示されるように電極材料
(フィラメント等)21の表面には、SP2混成軌道結
合を含む炭素からなる第1の部材として非晶質の炭素系
薄膜22が形成されている。この炭素系薄膜22の表面
にはさらに第2の部材としてダイヤモンド薄膜23が連
続膜の形態で形成されている。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the constitutions of the electrodes 11a and 11b, and is a view showing a characteristic constitution of the hot cathode according to the present invention. As shown in FIG. 2, an amorphous carbon-based thin film 22 is formed on the surface of an electrode material (filament or the like) 21 as a first member made of carbon containing SP2 hybrid orbital bonds. A diamond thin film 23 as a second member is further formed on the surface of the carbon-based thin film 22 in the form of a continuous film.

【0032】本実施形態の熱陰極においては、電極材料
21上に炭素系薄膜22を介して多結晶ダイヤモンド層
23が形成されており、電極材料21と炭素系薄膜22
との間、炭素系薄膜22と多結晶ダイヤモンド層23と
の間それぞれの密着性は良好であるので、多結晶ダイヤ
モンド層23が電極材料21から剥離するという問題を
効果的に防止することが可能である。さらに、多結晶ダ
イヤモンド層23はスパッタリング耐性が大きいため、
放電装置内で熱陰極が放電ガスのスパッタリングに晒さ
れても、連続膜である多結晶ダイヤモンド層23が電極
材料21の全面を保護する役割を果たすので、熱陰極の
耐久性を著しく向上させることが可能である。
In the hot cathode of this embodiment, the polycrystalline diamond layer 23 is formed on the electrode material 21 via the carbon-based thin film 22, and the electrode material 21 and the carbon-based thin film 22 are formed.
Since the adhesion between the carbon-based thin film 22 and the polycrystalline diamond layer 23 is good, it is possible to effectively prevent the problem that the polycrystalline diamond layer 23 is separated from the electrode material 21. Is. Furthermore, since the polycrystalline diamond layer 23 has high sputtering resistance,
Even if the hot cathode is exposed to the discharge gas sputtering in the discharge device, the polycrystalline diamond layer 23, which is a continuous film, serves to protect the entire surface of the electrode material 21, so that the durability of the hot cathode is significantly improved. Is possible.

【0033】次に、本実施形態の熱陰極放電灯における
熱陰極の製造方法について説明する。まず、タングステ
ン等からなり線状若しくは板状等の電極材料21を準備
し、この電極材料21を電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ化学気相成長(ECRCVD)装置内に設置し、電極材料2
1の表面に第1の部材として非晶質の炭素系薄膜22を
ECRCVDにより形成する。
Next, a method of manufacturing a hot cathode in the hot cathode discharge lamp of this embodiment will be described. First, a linear or plate-like electrode material 21 made of tungsten or the like is prepared, and the electrode material 21 is placed in an electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition (ECRCVD) apparatus, and the electrode material 2
An amorphous carbon-based thin film 22 as a first member on the surface of No. 1
It is formed by ECRCVD.

【0034】図6は、上記ECRCVD装置の構成を示す断面
図である。図6に示すように、マイクロ波はマイクロ波
ヘッド62aからマイクロ波導波路62bを通り、更に
マイクロ波導入用石英窓64を経て反応室63に導入さ
れる。反応室63の周囲にはプラズマ発生用の磁気回路
として上部電磁コイル67と下部電磁コイル68が配置
されている。67はプラズマ発生用電磁コイル、68は
プラズマ収束用電磁コイルである。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of the ECRCVD apparatus. As shown in FIG. 6, microwaves are introduced from the microwave head 62a through the microwave waveguide 62b and further into the reaction chamber 63 through the microwave introduction quartz window 64. An upper electromagnetic coil 67 and a lower electromagnetic coil 68 are arranged around the reaction chamber 63 as a magnetic circuit for plasma generation. 67 is an electromagnetic coil for plasma generation, and 68 is an electromagnetic coil for plasma focusing.

【0035】反応ガスは反応ガス導入口65から反応室
63に導入される。試料60(電極材料21に相当。)
はヒータステージ61に設置する。ヒータステージ61
の支持台は上下位置の調整が可能であり、最適な位置に
調整できる機構を有している。ヒータステージ61には
基板へのバイアス印加用の高周波電源(図示せず。)が
接続されている。反応室63の圧力は図示しない圧力調
整バルブにより制御され、排気はターボ分子ポンプとロ
ータリーポンプの排気システム66により行われる。6
9はヒータ電源である。
The reaction gas is introduced into the reaction chamber 63 through the reaction gas introduction port 65. Sample 60 (corresponding to electrode material 21)
Is installed on the heater stage 61. Heater stage 61
The support base can be adjusted up and down, and has a mechanism that can be adjusted to an optimum position. A high frequency power supply (not shown) for applying a bias to the substrate is connected to the heater stage 61. The pressure in the reaction chamber 63 is controlled by a pressure adjusting valve (not shown), and exhaust is performed by an exhaust system 66 of a turbo molecular pump and a rotary pump. 6
9 is a heater power supply.

【0036】図6に示した装置を用いて炭素系薄膜22
をECRCVDにより形成する場合の成膜条件は次の通りであ
る。即ち、マイクロ波パワーを50W、RF電源を用い
た自己バイアスを−100Vとして、水素ガス(H2
流量10sccm、メタンガス(CH4)流量1sccmからな
る混合ガスを用い、圧力1Pa、温度750℃の下で、
成膜時間1分で厚み50nmの炭素系薄膜22を形成し
た。
Using the apparatus shown in FIG. 6, the carbon-based thin film 22
The film forming conditions for forming the film by ECRCVD are as follows. That is, with a microwave power of 50 W and a self-bias using an RF power source of -100 V, hydrogen gas (H 2 )
Using a mixed gas having a flow rate of 10 sccm and a methane gas (CH 4 ) flow rate of 1 sccm, under a pressure of 1 Pa and a temperature of 750 ° C.,
A carbon-based thin film 22 having a thickness of 50 nm was formed with a film forming time of 1 minute.

【0037】本実施形態では反応ガスを水素、メタンガ
スとしたが。炭素源としてはCOガスあるいはCO2ガスに
しても差し支えない。また、窒素、燐等、n型を示すも
のを不純物としてドーピングしても差し支えない。ま
た、ボロン等のp型を示す不純物でも問題はない。さら
に、炭素系薄膜22の製造方法は本実施形態で示したEC
RCVD法に限らず、例えば高周波(RF)CVD法、イオンビ
ーム法等によっても製造可能である。
In this embodiment, the reaction gas is hydrogen or methane gas. CO gas or CO 2 gas may be used as the carbon source. Further, it is possible to dope impurities such as nitrogen and phosphorus, which show n-type, as impurities. In addition, there is no problem even with impurities showing p-type such as boron. Further, the method for manufacturing the carbon-based thin film 22 is the same as the EC shown in
Not only the RCVD method, but also the radio frequency (RF) CVD method, the ion beam method, or the like can be used for manufacturing.

【0038】次に、ダイヤモンド薄膜23を連続して形
成する。即ち、図6に示したECRCVD装置の反応室63中
に試料60を保持したまま真空雰囲気を維持した状態
で、マイクロ波プラズマCVD法によりダイヤモンド薄膜
23を形成する。ここでは、図6に示したECRCVD装置に
おいて電磁コイル67及び68を使用しない方法により
成膜を行う。RF電源によるバイアスは用いない。この
成膜は、ヒータ電源65によりヒータステージ61を加
熱し、ヒータステージ61に設置した試料60を加熱す
る。
Next, the diamond thin film 23 is continuously formed. That is, the diamond thin film 23 is formed by the microwave plasma CVD method while the vacuum atmosphere is maintained while the sample 60 is held in the reaction chamber 63 of the ECRCVD apparatus shown in FIG. Here, film formation is performed by a method that does not use the electromagnetic coils 67 and 68 in the ECRCVD apparatus shown in FIG. No bias from the RF power supply is used. In this film formation, the heater stage 61 is heated by the heater power supply 65, and the sample 60 placed on the heater stage 61 is heated.

【0039】この場合のダイヤモンド薄膜23の成膜条
件は次の通りである。即ち、マイクロ波パワーを4k
W、反応ガス圧力を13kPa、水素ガス流量を400
sccm、メタンガス流量を4sccm、基板温度を850℃と
して、成膜時間90分で厚み0.5μmのダイヤモンド
薄膜23を形成した。
The film forming conditions for the diamond thin film 23 in this case are as follows. That is, microwave power is 4k
W, reaction gas pressure 13 kPa, hydrogen gas flow rate 400
A diamond thin film 23 having a thickness of 0.5 μm was formed in 90 minutes of film formation with sccm, a methane gas flow rate of 4 sccm, and a substrate temperature of 850 ° C.

【0040】本実施形態ではダイヤモンド薄膜の形成に
は水素ガスとメタンガスのみを使用したが、燐、窒素、
硫黄等のn型を示すものや、ボロン等のp型を示すもの
を不純物としてドーピングしても差し支えない。なお、
n型のドーパントについては詳細に後述する。また、ダ
イヤモンド薄膜23の成膜方法もマイクロ波プラズマCV
D法に限らず、例えばECRCVD法、高周波(RF)CVD法等に
よっても形成可能である。
In this embodiment, only hydrogen gas and methane gas were used for forming the diamond thin film, but phosphorus, nitrogen,
It is possible to dope impurities having n-type such as sulfur and impurities having p-type such as boron as impurities. In addition,
The n-type dopant will be described later in detail. Further, the method for forming the diamond thin film 23 is also a microwave plasma CV.
Not only the D method but also the ECRCVD method, the radio frequency (RF) CVD method or the like can be used.

【0041】以上の製造方法により製造された熱陰極の
構造をラマン分光測定により調べた。図7はその解析結
果である。図7(a)はダイヤモンド薄膜23のラマン
シフトと強度の関係を示す特性図、図7(b)は炭素系
薄膜22のラマンシフトと強度の関係を示す特性図であ
る。これらの図に示されるように、ダイヤモンド薄膜2
3はSP3混成軌道結合に基づく鋭いピークを有してお
り結晶質であることがわかる。一方、炭素系薄膜22は
SP2混成軌道結合及びSP3混成軌道結合それぞれに
基づくなだらかなピークを有しており、非晶質の炭素系
薄膜若しくは微結晶を含む炭素系薄膜であることがわか
る。なお、図7(b)において点線はそれぞれSP2混
成軌道結合及びSP3混成軌道結合の寄与を示すもので
あり、左側のピークを有する点線がSP3混成軌道結合
に起因し、右側のピークを有する点線がSP2混成軌道
結合に起因する。
The structure of the hot cathode manufactured by the above manufacturing method was examined by Raman spectroscopy. FIG. 7 shows the analysis result. FIG. 7A is a characteristic diagram showing the relationship between the Raman shift and strength of the diamond thin film 23, and FIG. 7B is a characteristic diagram showing the relationship between the Raman shift and strength of the carbon-based thin film 22. As shown in these figures, the diamond thin film 2
No. 3 has a sharp peak due to SP3 hybrid orbital coupling, and thus is crystalline. On the other hand, the carbon-based thin film 22 has a smooth peak due to each of the SP2 hybrid orbital bond and the SP3 hybrid orbital bond, and it can be seen that the carbon-based thin film is an amorphous carbon-based thin film or a carbon-based thin film containing microcrystals. In FIG. 7 (b), the dotted lines show the contributions of SP2 hybrid orbital coupling and SP3 hybrid orbital coupling, respectively. The dotted line with the left peak is due to the SP3 hybrid orbital coupling, and the dotted line with the right peak is Due to SP2 hybrid orbital coupling.

【0042】(第2の実施形態)本実施形態の熱陰極
は、ダイヤモンド粒子を炭素系薄膜上に形成するもので
ある。図3は本実施形態の熱陰極の構造を示す断面図で
ある。この図に示されるように、電極材料(フィラメン
ト等)21の表面には、SP2混成軌道結合を含む炭素
からなる第1の部材として非晶質の炭素系薄膜22が形
成されている。この炭素系薄膜22の上にはダイヤモン
ド粒子33が形成されている。図3においてはダイヤモ
ンド粒子33は散在する形で分布しているが、密に分布
したり、お互いに密着する形で分布していてもよい。
(Second Embodiment) The hot cathode of this embodiment is one in which diamond particles are formed on a carbon-based thin film. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the hot cathode of this embodiment. As shown in this figure, an amorphous carbon-based thin film 22 is formed on the surface of an electrode material (filament or the like) 21 as a first member made of carbon containing SP2 hybrid orbital bonds. Diamond particles 33 are formed on the carbon-based thin film 22. In FIG. 3, the diamond particles 33 are distributed in a scattered form, but they may be distributed densely or in close contact with each other.

【0043】本実施形態の熱陰極によれば、ダイヤモン
ド粒子33が分布して形成されているので第1の実施形
態に比べると熱陰極の耐久性は多少劣化する。しかしな
がら、熱陰極の熱膨張及び熱収縮から生ずるダイヤモン
ド粒子33の剥がれを防止することができ、熱陰極の耐
久性は優れたものとなる。即ち、熱陰極の電極材料の膨
張率がダイヤモンドの熱膨張率に比べて高いことから、
放電装置を動作させ熱陰極を加熱した場合には温度上昇
によりダイヤモンドに引っ張り応力が生じ、実際の使用
では放電装置の動作と非動作とを繰り返すことになるの
で、動作非動作の繰返し回数が多い場合には熱膨張率の
差に起因してダイヤモンドが電極材料から剥がれるとい
う問題が潜在的に存在する。本実施形態による熱陰極で
は、上記したダイヤモンドと電極材料間の密着性の向上
の他、ダイヤモンド粒子33同士間の隙間による応力緩
和により、かかるダイヤモンドの剥がれという問題を抑
制することが可能である。
According to the hot cathode of this embodiment, since the diamond particles 33 are formed in a distributed manner, the durability of the hot cathode is slightly deteriorated as compared with the first embodiment. However, exfoliation of the diamond particles 33 caused by thermal expansion and thermal contraction of the hot cathode can be prevented, and the durability of the hot cathode becomes excellent. That is, since the expansion coefficient of the electrode material of the hot cathode is higher than that of diamond,
When the discharge device is operated and the hot cathode is heated, tensile stress is generated in the diamond due to the temperature rise, and in actual use, the discharge device operates and does not operate repeatedly. In this case, there is a potential problem that the diamond peels from the electrode material due to the difference in the coefficient of thermal expansion. In the hot cathode according to the present embodiment, in addition to the above-described improvement in the adhesion between the diamond and the electrode material, stress relaxation due to the gap between the diamond particles 33 can suppress the problem of the diamond peeling.

【0044】次に、本実施形態の熱陰極の製造方法につ
いて説明する。まず、炭素系薄膜22は第1の実施形態
と同様の製造方法により形成した。次に、ダイヤモンド
粒子を有機溶剤、例えばアルコール等に混ぜ、この溶剤
を上記炭素系薄膜22の表面に塗布した。有機溶剤に混
ぜたダイヤモンド粒子の粒径としては0.1ミクロン以
上、3ミクロン以下のものを用いた。また、塗布は、炭
素系薄膜22が形成された電極材料21をダイヤモンド
粒子を混ぜた有機溶剤に浸し超音波洗浄を行う方法が採
用された。超音波洗浄による処理時間は30分とした。
超音波洗浄することによりダイヤモンド粒子は均等に炭
素系薄膜22の表面に付着した。その後、必要に応じ
て、例えば窒素雰囲気中、200度の温度において60
分加熱処理を行い、有機溶剤及び不純物の除去を行っ
た。
Next, a method of manufacturing the hot cathode of this embodiment will be described. First, the carbon-based thin film 22 was formed by the same manufacturing method as in the first embodiment. Next, the diamond particles were mixed with an organic solvent such as alcohol, and this solvent was applied to the surface of the carbon-based thin film 22. The diamond particles mixed in the organic solvent had a particle size of 0.1 micron or more and 3 micron or less. For coating, a method of immersing the electrode material 21 having the carbon-based thin film 22 in an organic solvent mixed with diamond particles and performing ultrasonic cleaning was adopted. The treatment time by ultrasonic cleaning was 30 minutes.
By ultrasonic cleaning, the diamond particles were evenly attached to the surface of the carbon-based thin film 22. Then, if necessary, for example, in a nitrogen atmosphere at a temperature of 200 degrees, 60
The heat treatment was performed for minutes to remove the organic solvent and impurities.

【0045】(第3の実施形態)本実施形態の熱陰極
は、選択的に形成された炭素系薄膜上にダイヤモンド粒
子を選択的に形成するものである。図4は本実施形態の
熱陰極の構造を示す断面図である。この図に示されるよ
うに、電極材料(フィラメント等)21の表面には、S
P2混成軌道結合を含む炭素からなる第1の部材として
非晶質の炭素系薄膜42が島状に選択的に形成されてい
る。この炭素系薄膜42の上にはダイヤモンド粒子43
が形成されている。図4においてはダイヤモンド粒子4
3は散在する形で分布しているが、密に分布したり、お
互いに密着する形で分布していてもよい。
(Third Embodiment) The hot cathode of this embodiment is one in which diamond particles are selectively formed on a selectively formed carbon thin film. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the hot cathode of this embodiment. As shown in this figure, on the surface of the electrode material (filament etc.) 21, S
An amorphous carbon-based thin film 42 is selectively formed in an island shape as a first member made of carbon containing P2 hybrid orbital bond. Diamond particles 43 are formed on the carbon thin film 42.
Are formed. In FIG. 4, diamond particles 4
The 3s are distributed in a scattered form, but they may be distributed densely or in a form in which they are in close contact with each other.

【0046】本実施形態によれば、上記各実施形態と同
様の効果を得ることができるとともに、炭素系薄膜21
の応力緩和という効果を得ることが可能である。
According to this embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the above-described embodiments, and at the same time, the carbon-based thin film 21.
It is possible to obtain the effect of stress relaxation.

【0047】次に、本実施形態の熱陰極の製造方法につ
いて説明する。まず、電極材料21上に炭素系薄膜42
を形成する際に電極材料21表面全面に炭素系薄膜42
を形成せず、一部の領域にのみ選択的に形成した。成膜
にはダイヤモンドのCVD法を用いた。第1の実施形態で
示した炭素系薄膜の形成条件を変えた。本実施形態で
は、マイクロ波パワーを50W、RF電源を用いた自己
バイアスを−150V、水素ガス(H2)流量を20scc
m、メタンガス(CH4)流量を3sccmとした。また、圧
力は1Pa、温度は750℃、成長時間は1分とした。
本条件で炭素系薄膜を形成すると電極材料21の表面に
炭素系薄膜42が数ミクロンで点在するように堆積し
た。
Next, a method of manufacturing the hot cathode of this embodiment will be described. First, the carbon-based thin film 42 is formed on the electrode material 21.
The carbon-based thin film 42 is formed on the entire surface of the electrode material 21 when forming the
Was not formed, and was selectively formed only in a partial region. The CVD method of diamond was used for the film formation. The conditions for forming the carbon-based thin film shown in the first embodiment were changed. In this embodiment, the microwave power is 50 W, the self-bias using an RF power source is -150 V, and the hydrogen gas (H 2 ) flow rate is 20 scc.
m, and the flow rate of methane gas (CH 4 ) was 3 sccm. The pressure was 1 Pa, the temperature was 750 ° C., and the growth time was 1 minute.
When the carbon-based thin film was formed under these conditions, the carbon-based thin film 42 was deposited on the surface of the electrode material 21 so as to be scattered in several microns.

【0048】次に、ダイヤモンド粒子43をマイクロ波
プラズマCVD法により連続して形成した。形成条件は、
マイクロ波パワーを3kW、反応ガス圧力を10kP
a、水素ガス流量を500sccm、メタンガス流量を5sc
cm、基板温度を850℃として、成膜時間60分で粒径
3ミクロン以下(典型的なものは約1ミクロン)のダイ
ヤモンド粒子43を形成した。本実施形態では点在する
炭素系薄膜42が核となり傷つけ処理なしでダイヤモン
ド粒子43が成長する。
Next, the diamond particles 43 were continuously formed by the microwave plasma CVD method. The formation conditions are
Microwave power 3kW, reaction gas pressure 10kP
a, hydrogen gas flow rate is 500 sccm, methane gas flow rate is 5 sc
cm, the substrate temperature was 850 ° C., and the diamond particles 43 having a particle size of 3 μm or less (typically about 1 μm) were formed in a film forming time of 60 minutes. In this embodiment, the scattered carbon-based thin films 42 serve as nuclei, and the diamond particles 43 grow without being damaged.

【0049】(第4の実施形態)本実施形態の熱陰極
は、ダイヤモンド粒子間にも炭素系薄膜を形成するもの
である。図5は本実施形態の熱陰極の構造を示す断面図
である。この図に示されるように、電極材料(フィラメ
ント等)21の表面には、SP2混成軌道結合を含む炭
素からなる第1の部材として非晶質の炭素系薄膜52が
島状に選択的に形成されている。この炭素系薄膜52に
埋設されるようにしてダイヤモンド粒子53が形成され
ている。図5においてはダイヤモンド粒子53は散在す
る形で分布しているが、密に分布したり、お互いに密着
する形で分布していてもよい。本実施形態によっても、
上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
(Fourth Embodiment) The hot cathode of the present embodiment forms a carbon-based thin film also between diamond particles. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the hot cathode of this embodiment. As shown in this figure, on the surface of the electrode material (filament or the like) 21, an amorphous carbon-based thin film 52 is selectively formed in an island shape as a first member made of carbon containing SP2 hybrid orbital bonds. Has been done. Diamond particles 53 are formed so as to be embedded in the carbon-based thin film 52. Although the diamond particles 53 are distributed in a scattered form in FIG. 5, they may be distributed densely or in a form in which they are in close contact with each other. According to this embodiment,
The same effect as that of each of the above-described embodiments can be obtained.

【0050】次に、本実施形態の熱陰極の製造方法につ
いて説明する。まず、炭素系薄膜52をECRCVDにより形
成する場合の成膜条件は次の通りである。即ち、マイク
ロ波パワーを50W、RF電源を用いた自己バイアスを
−100Vとして、水素ガス(H2)流量10sccm、メ
タンガス(CH4)流量1sccmからなる混合ガスを用
い、圧力1Pa、温度750℃の下で、成膜時間1分で
厚み50nmの炭素系薄膜52を形成した。
Next, a method of manufacturing the hot cathode of this embodiment will be described. First, the film forming conditions for forming the carbon-based thin film 52 by ECRCVD are as follows. That is, the microwave power was 50 W, the self-bias using an RF power supply was -100 V, a mixed gas consisting of a hydrogen gas (H 2 ) flow rate of 10 sccm and a methane gas (CH 4 ) flow rate of 1 sccm was used, and the pressure was 1 Pa and the temperature was 750 ° C. The carbon-based thin film 52 having a thickness of 50 nm was formed under the film forming time of 1 minute.

【0051】本実施形態では反応ガスを水素、メタンガ
スとしたが。炭素源としてはCOガスあるいはCO2ガスに
しても差し支えない。また、窒素、燐等、n型を示すも
のを不純物としてドーピングしても差し支えない。ま
た、ボロン等のp型を示す不純物でも問題はない。さら
に、炭素系薄膜52の製造方法は本実施形態で示したEC
RCVD法に限らず、例えば高周波(RF)CVD法、イオンビ
ーム法等によっても製造可能である。
In this embodiment, the reaction gas is hydrogen or methane gas. CO gas or CO 2 gas may be used as the carbon source. Further, it is possible to dope impurities such as nitrogen and phosphorus, which show n-type, as impurities. In addition, there is no problem even with impurities showing p-type such as boron. Further, the method for manufacturing the carbon-based thin film 52 is the same as the EC shown in the present embodiment.
Not only the RCVD method, but also the radio frequency (RF) CVD method, the ion beam method, or the like can be used for manufacturing.

【0052】次に、ダイヤモンド粒子53を連続して形
成する。即ち、図6に示したECRCVD装置の反応室63中
に試料60を保持したまま真空雰囲気を維持した状態
で、マイクロ波プラズマCVD法によりダイヤモンド粒子
53を形成する。この成膜は、ヒータ電源65によりヒ
ータステージ61を加熱し、ヒータステージ61に設置
した試料60を加熱する。
Next, the diamond particles 53 are continuously formed. That is, the diamond particles 53 are formed by the microwave plasma CVD method in a state where the vacuum atmosphere is maintained while the sample 60 is held in the reaction chamber 63 of the ECRCVD apparatus shown in FIG. In this film formation, the heater stage 61 is heated by the heater power supply 65, and the sample 60 placed on the heater stage 61 is heated.

【0053】この場合のダイヤモンド粒子53の成膜条
件は次の通りである。即ち、マイクロ波パワーを4k
W、反応ガス圧力を133hPa、水素ガス流量を40
0sccm、メタンガス流量を4sccm、基板温度を850℃
として、成膜時間20分でダイヤモンド粒子53を形成
した。ここで、ダイヤモンド粒子は密になる部分または
接触する部分が存在している。
The film forming conditions for the diamond particles 53 in this case are as follows. That is, microwave power is 4k
W, reaction gas pressure 133 hPa, hydrogen gas flow rate 40
0 sccm, methane gas flow rate 4 sccm, substrate temperature 850 ° C
As a result, diamond particles 53 were formed with a film forming time of 20 minutes. Here, the diamond particles have a dense portion or a contact portion.

【0054】続いて炭素系薄膜52を連続して再度形成
する。作製にはECRCVDを用いた。形成条件は先に形成し
た工程と同条件であるが、形成時間を60分としてダイ
ヤモンド粒子53を覆うようにした。最後にダイヤモン
ド粒子53の表面を露出させるため、酸素によるプラズ
マエッチングを施した。本実施形態の熱陰極によれば、
炭素系薄膜52の応力緩和という効果を得ることができ
るとともに、ダイヤモンド粒子53の炭素系薄膜52に
対する密着性を向上することが可能である。
Subsequently, the carbon thin film 52 is continuously formed again. ECRCVD was used for fabrication. The forming conditions are the same as those of the previously formed step, but the forming time is set to 60 minutes so as to cover the diamond particles 53. Finally, in order to expose the surface of the diamond particles 53, plasma etching with oxygen was performed. According to the hot cathode of the present embodiment,
The stress relaxation effect of the carbon-based thin film 52 can be obtained, and the adhesion of the diamond particles 53 to the carbon-based thin film 52 can be improved.

【0055】(第5の実施形態)本実施形態では、前述
したダイヤモンド薄膜にn型導電性を示す不純物をドー
ピングする例について説明する。図9は本実施形態の原
理を説明する図であり、n型不純物をドープしたダイヤ
モンドのバンド図である。ダイヤモンドはEvacで示
す真空準位がEcで示すダイヤモンドの伝導帯の底より
も低い位置に存在し、NEA(Negative Electron Affinit
y)と称される負の電子親和力を持つことが知られてい
る。電子親和力は伝導帯の底にある電子を真空中に移動
させるのに必要なエネルギーであり、これが負の値をも
つということは電子が極めて放出されやすいことを意味
している。
(Fifth Embodiment) In this embodiment, an example will be described in which the diamond thin film described above is doped with an impurity exhibiting n-type conductivity. FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of this embodiment, and is a band diagram of diamond doped with an n-type impurity. Diamond exists at a position where the vacuum level indicated by Evac is lower than the bottom of the conduction band of diamond indicated by Ec, and NEA (Negative Electron Affinit
It is known to have a negative electron affinity called y). The electron affinity is the energy required to move the electron at the bottom of the conduction band into a vacuum, and having a negative value means that the electron is very easily emitted.

【0056】しかしながら、n型にドープしたダイヤモ
ンドは室温では抵抗が極めて高く、ダイヤモンドを冷陰
極に用いる場合にはそのNEA特性を利用して効率の高い
陰極を実現する試みは成功していない。これは、電子を
与えるドナーの準位と伝導帯の底とのエネルギー差Ed
がSi等の通常の半導体に比較して10倍以上あり、室温で
は電子が伝導帯にほとんど存在しないためである。
However, n-type doped diamond has extremely high resistance at room temperature, and when diamond is used as a cold cathode, attempts to realize a highly efficient cathode by utilizing its NEA characteristic have not been successful. This is the energy difference Ed between the level of the donor giving the electron and the bottom of the conduction band.
Is more than 10 times that of ordinary semiconductors such as Si, and there are almost no electrons in the conduction band at room temperature.

【0057】ところが、n型にドープしたダイヤモンド
を蛍光ランプ等の放電装置に適用し加熱して用いること
により十分優れた電子放出特性を得ることが判明した。
本実施形態では、このように優れた電子放出特性を利用
した熱陰極及び優れた発光特性を有する放電装置につい
て説明する。
However, it has been found that by applying the n-type doped diamond to a discharge device such as a fluorescent lamp and heating it, a sufficiently excellent electron emission characteristic is obtained.
In the present embodiment, a hot cathode utilizing such excellent electron emission characteristics and a discharge device having excellent emission characteristics will be described.

【0058】上述したようにn型にドープしたダイヤモ
ンド加熱をする場合には、温度が上昇することにより電
子が伝導帯に上がるため、NEA特性を利用した電子放出
が可能となる。即ち、NEA特性のダイヤモンドにおいて
は、伝導帯にある電子が真空中へ放出されるのを妨げる
障壁が存在しないので、結局、電子を放出するのに必要
なエネルギーはEd程度となる。一方、NEA特性を有し
ない通常の電子放出物質においては、真空準位Evac
は伝導帯の底Ecよりも上にあり、真空中に電子を放出
するのに必要なエネルギーは仕事関数程度の値となる。
Edの値としては、ダイヤモンドに燐をドープした場合
で0.6eV程度の値が得られており、一方、仕事関数の値
は熱電子放出用エミッタによく用いられるBaOにおいて
1.1eV程度の値である。これらの値は熱電子放出に対し
指数関数的に影響を及ぼすので、n型にドープしたダイ
ヤモンドでは低い温度で熱電子を放出できることにな
る。したがって、かかる熱陰極を用いた蛍光ランプ等の
放電装置においては、低温で一様な熱電子放出を実現す
ることができ、これにより発光特性が優れ長寿命の熱陰
極型放電装置を提供することができる。
When n-type doped diamond is heated as described above, electrons rise to the conduction band as the temperature rises, so that it becomes possible to emit electrons utilizing the NEA characteristic. That is, in the NEA diamond, since there is no barrier that prevents the electrons in the conduction band from being emitted into the vacuum, the energy required to emit the electrons is eventually about Ed. On the other hand, in a normal electron emission material that does not have NEA characteristics, the vacuum level Evac
Is above the bottom Ec of the conduction band, and the energy required to emit electrons into a vacuum has a value around the work function.
Regarding the value of Ed, a value of about 0.6 eV is obtained when phosphorus is doped into diamond, while the value of the work function is BaO which is often used for thermionic emission emitters.
The value is about 1.1 eV. Since these values have an exponential effect on thermionic emission, the n-type doped diamond can emit thermionic electrons at a low temperature. Therefore, in a discharge device such as a fluorescent lamp using such a hot cathode, uniform thermoelectron emission can be realized at a low temperature, thereby providing a hot cathode discharge device having excellent light emission characteristics and long life. You can

【0059】また、仕事関数は表面状態の影響に極めて
敏感であり、作製プロセス、雰囲気等の影響を強く受け
る。このため、電子放出面内での均一性を期待し難い。
仕事関数の値は熱電子放出に対し指数関数的に影響を及
ぼすので、熱電子放出の面内での不均一は大きなものと
なりやすい。一方、NEA特性のダイヤモンドにおいて
は、電子親和力が負である限りはその値が多少変動して
も、熱電子放出に影響を与えることはなく、熱電子放出
を決めるのはドナーの準位と伝導帯の底とのエネルギー
差Edである。この値は表面の性質ではなく、ドーパン
トによって決まるバルクの性質である。このため、n型
のダイヤモンドにおいては面内で均一な熱電子放出が期
待できる。さらに、ダイヤモンドは熱伝導率が最も大き
な物質であり、ジュール熱やイオン・電子の流入、衝撃
による加熱があっても熱が速やかに周囲に伝わり、温度
が均一になる。n型のダイヤモンドを用いるだけでも十
分な効果を得ることができるが、その形態を均一な連続
膜とした場合にはその効果は絶大なものとなる。
Further, the work function is extremely sensitive to the influence of the surface state, and is strongly influenced by the manufacturing process, atmosphere and the like. Therefore, it is difficult to expect uniformity in the electron emission surface.
Since the work function value has an exponential effect on thermionic emission, the inhomogeneity of thermionic emission tends to be large. On the other hand, in the NEA diamond, as long as the electron affinity is negative, even if the value fluctuates to some extent, it does not affect the thermionic emission, and the thermionic emission is determined by the donor level and conduction. It is the energy difference Ed from the bottom of the band. This value is not a surface property, but a bulk property determined by the dopant. Therefore, in n-type diamond, uniform in-plane thermoelectron emission can be expected. Further, diamond has the highest thermal conductivity, and even if there is Joule heat, ion / electron inflow, or heating by impact, the heat is quickly transmitted to the surroundings and the temperature becomes uniform. Sufficient effect can be obtained only by using n-type diamond, but when the form is a uniform continuous film, the effect is great.

【0060】次に、本実施形態に係わる熱陰極及び放電
装置について説明する。まず、線径が30μmのタングス
テン線をコイル状に巻いたフィラメントを準備する。洗
浄後、このフィラメントに第1の実施形態のように第1
の部材として非晶質の炭素系薄膜を形成する。この炭素
系薄膜により第1の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、例えばマイクロ波プラズマCVD法により3ミク
ロン程度の厚みの多結晶ダイヤモンド層を形成する。多
結晶ダイヤモンド層の成長条件は、マイクロ波パワーを
4kW、水素流量を200sccm、メタンガス流量を4sccmと
し、原料ガスのメタン濃度は2%とした。原料ガスの圧力
は133hPa、フィラメントは850℃に加熱し、成膜時間は
50分とした。n型のドーパントには燐を用い、ダイヤ
モンド成長時にホスフィンガスを同時に供給した。メタ
ンガスに対するホスフィンガスの割合は1000ppm
とした。
Next, the hot cathode and the discharge device according to this embodiment will be described. First, a filament is prepared by winding a tungsten wire having a wire diameter of 30 μm in a coil shape. After washing, the filament is firstly applied as in the first embodiment.
An amorphous carbon-based thin film is formed as a member of. With this carbon-based thin film, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
Further, a polycrystalline diamond layer having a thickness of about 3 microns is formed by, for example, microwave plasma CVD method. The growth conditions of the polycrystalline diamond layer were microwave power of 4 kW, hydrogen flow rate of 200 sccm, methane gas flow rate of 4 sccm, and methane concentration of the source gas was 2%. The pressure of the source gas was 133 hPa, the filament was heated to 850 ° C., and the film formation time was 50 minutes. Phosphorus was used as the n-type dopant, and phosphine gas was simultaneously supplied during diamond growth. The ratio of phosphine gas to methane gas is 1000 ppm
And

【0061】その後、フィラメントにフィラメントを保
持し通電を行うための導入線を設け、この導入線に金具
を付けてガラス管に取り付け、封止ガスで封止を行って
放電装置が完成する。
After that, an introducing wire for holding the filament and energizing the filament is provided, and a metal fitting is attached to the introducing wire and attached to the glass tube, and sealed with a sealing gas to complete the discharge device.

【0062】(第6の実施形態)図8は、本発明の第6
の実施形態に係る熱陰極の構成を示す断面図である。こ
の図に示されるように、本実施形態の熱陰極は、加熱す
る部分(タングステン層81)と熱電子放出部分(燐を
ドープした多結晶ダイヤモンド層84)とが分離したい
わゆる傍熱型の熱陰極であり、線状のタングステン層8
1に通電することにより加熱を行うものである。燐をド
ープしたダイヤモンド層84はランプ回路(図示せず)に
接続され、熱電子放出部分として用いられる。即ち、石
英基板80の上にはタングステン層81が折り畳まれた
線状形状で形成されており、タングステン層81の上面
及び側面は炭素系薄膜82により被覆されている。炭素
系薄膜82はSP2混成軌道結合を含む炭素からなる第
1の部材であり、非晶質の炭素系薄膜である。石英基板
80の露出面及び炭素系薄膜82上にはノンドープの多
結晶ダイヤモンド層83が形成されており、さらにこの
多結晶ダイヤモンド層83上には燐をドープした多結晶
ダイヤモンド層(n型ダイヤモンド)84が形成されて
いる。
(Sixth Embodiment) FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the hot cathode according to the embodiment of FIG. As shown in this figure, the hot cathode of the present embodiment is a so-called indirectly heated type in which a heating portion (tungsten layer 81) and a thermoelectron emitting portion (phosphorus-doped polycrystalline diamond layer 84) are separated. Cathode, linear tungsten layer 8
Heating is carried out by energizing No. 1. The phosphorus-doped diamond layer 84 is connected to a lamp circuit (not shown) and is used as a thermionic emission portion. That is, the tungsten layer 81 is formed on the quartz substrate 80 in a folded linear shape, and the upper surface and the side surface of the tungsten layer 81 are covered with the carbon-based thin film 82. The carbon-based thin film 82 is a first member made of carbon containing SP2 hybrid orbital bond, and is an amorphous carbon-based thin film. A non-doped polycrystalline diamond layer 83 is formed on the exposed surface of the quartz substrate 80 and the carbon-based thin film 82, and a phosphorus-doped polycrystalline diamond layer (n-type diamond) is further formed on the polycrystalline diamond layer 83. 84 is formed.

【0063】また、図8に示した構造の熱陰極において
は、ノンドープの多結晶ダイヤモンド層83は線状のタ
ングステン層81と燐をドープした多結晶ダイヤモンド
層84との間を電気的に分離するために用いられてい
る。本実施形態の熱陰極はn型ダイヤモンドの連続膜に
おいては、低温で均一な熱電子放出が可能で、さらに熱
伝導率が大きいという特徴を生かしたものであり、低温
で動作するため、フィラメント構造ではなくプレーナー
構造として、電子放出面積を大きくして構成されてい
る。熱電子放出が大きくかつ均一であることに加え、大
きな熱伝導率により温度が均一となることから、大電流
のランプを実現することができる。
In the hot cathode having the structure shown in FIG. 8, the non-doped polycrystalline diamond layer 83 electrically separates the linear tungsten layer 81 and the phosphorus-doped polycrystalline diamond layer 84. It is used for The hot cathode of the present embodiment takes advantage of the fact that the n-type diamond continuous film can uniformly emit thermoelectrons at a low temperature and has a large thermal conductivity, and since it operates at a low temperature, it has a filament structure. Instead, it is configured as a planar structure with a large electron emission area. In addition to large and uniform thermionic emission, the temperature is uniform due to the large thermal conductivity, so that a large current lamp can be realized.

【0064】上記した構造の熱陰極においては、タング
ステン層81上に炭素系薄膜82を介して多結晶ダイヤ
モンド層83が形成されており、タングステン層81と
炭素系薄膜82との間、炭素系薄膜82とノンドープの
多結晶ダイヤモンド層83との間、及びノンドープの多
結晶ダイヤモンド層83と燐をドープした多結晶ダイヤ
モンド層84との間それぞれの密着性は良好であるの
で、多結晶ダイヤモンド層(83、84)がタングステ
ン層81から剥離するという問題を効果的に防止するこ
とが可能である。
In the hot cathode having the above structure, the polycrystalline diamond layer 83 is formed on the tungsten layer 81 via the carbon-based thin film 82, and the carbon-based thin film is interposed between the tungsten layer 81 and the carbon-based thin film 82. 82 and the non-doped polycrystalline diamond layer 83, and between the non-doped polycrystalline diamond layer 83 and the phosphorus-doped polycrystalline diamond layer 84, the adhesion is good, so that the polycrystalline diamond layer (83 , 84) can be effectively prevented from peeling off from the tungsten layer 81.

【0065】次に、本実施形態の熱陰極の製造方法につ
いて説明する。まず、石英基板80を準備し、この石英
基板80を洗浄後、その上にタングステン層81をスパ
ッタリング法により形成し、次いでフォトリソグラフィ
ーによりこれを加工して、幅30μmの線状のタングステ
ン層81を形成した。さらに、第1の実施形態と同様の
条件で炭素系薄膜82をタングステン層81の上面と側
面のそれぞれに選択的に成膜した。本条件においては露
出した石英基板80の表面には炭素系薄膜82は付着し
なかった。次に、第5の実施形態と同様の条件(ノンド
ープの多結晶ダイヤモンド層83を形成する場合はn型
のドーパントとしての燐を用いずに、そして燐をドープ
した多結晶ダイヤモンド層84を形成する場合はn型の
ドーパントとして燐を用いて。)でマイクロ波プラズマ
CVD法により、ノンドープの多結晶ダイヤモンド層83
と燐をドープした多結晶ダイヤモンド層84を連続して
形成した。厚みは、多結晶ダイヤモンド層83を1μm
程度とし、多結晶ダイヤモンド層84を5μm程度とし
た。以上の工程により本実施形態の熱陰極が製造され
る。
Next, a method of manufacturing the hot cathode of this embodiment will be described. First, a quartz substrate 80 is prepared, and after cleaning the quartz substrate 80, a tungsten layer 81 is formed thereon by a sputtering method and then processed by photolithography to form a linear tungsten layer 81 having a width of 30 μm. Formed. Further, the carbon-based thin film 82 was selectively formed on each of the upper surface and the side surface of the tungsten layer 81 under the same conditions as in the first embodiment. Under these conditions, the carbon-based thin film 82 did not adhere to the exposed surface of the quartz substrate 80. Next, the same conditions as in the fifth embodiment (when the non-doped polycrystalline diamond layer 83 is formed, phosphorus as the n-type dopant is not used, and the phosphorus-doped polycrystalline diamond layer 84 is formed). In the case of using phosphorus as an n-type dopant, the microwave plasma is used.
The non-doped polycrystalline diamond layer 83 is formed by the CVD method.
A phosphorus-doped polycrystalline diamond layer 84 was continuously formed. The thickness of the polycrystalline diamond layer 83 is 1 μm
The polycrystalline diamond layer 84 has a thickness of about 5 μm. The hot cathode of this embodiment is manufactured through the above steps.

【0066】なお、本実施形態において炭素系薄膜82
はタングステン層81の上面と側面のそれぞれに形成し
たが、タングステン層81の上面のみ、或いはタングス
テン層81の側面のみでも構わない。前者の場合は、タ
ングステン層81と炭素系薄膜82とを連続的に成膜し
た後、これらをフォトリソグラフィーによりこれを加工
することにより形成することができる。一方、後者の場
合は、タングステン層81を加工した後、炭素系薄膜8
2を厚く全面に形成し、炭素系薄膜82に対して異方性
エッチングを行うことにより、タングステン層81のパ
ターンの側面に選択的に炭素系薄膜82を残置すること
が可能である。
In this embodiment, the carbon thin film 82 is used.
Although it is formed on each of the upper surface and the side surface of the tungsten layer 81, it may be formed only on the upper surface of the tungsten layer 81 or only on the side surface of the tungsten layer 81. In the former case, the tungsten layer 81 and the carbon-based thin film 82 can be formed by continuously forming them and then processing them by photolithography. On the other hand, in the latter case, after processing the tungsten layer 81, the carbon-based thin film 8 is
It is possible to selectively leave the carbon-based thin film 82 on the side surface of the pattern of the tungsten layer 81 by forming 2 thickly on the entire surface and anisotropically etching the carbon-based thin film 82.

【0067】(第7の実施形態)本実施形態では、本発
明の放電装置に係る熱陰極蛍光灯(放電灯)に封入する
放電用水素ガスについて説明する。いわゆる水素系ガス
をキャリアガスとした化学気相成長法(CVD)におい
て作製したダイヤモンドは、一般的にその表面が水素に
より終端されている。この水素終端層はダイヤモンドの
特性に大きく寄与しており,前述したNEA特性を示す
ための重要な役割を担っている。このため、低温からダ
イヤモンドからの熱電子放出が可能となる。しかしなが
ら、ある程度高温になってくるとダイヤモンドの表面を
終端している水素の離脱が始まる。本実施形態における
熱陰極は、この水素の離脱を抑制することも特徴として
いる。
(Seventh Embodiment) In this embodiment, a hydrogen gas for discharge to be enclosed in a hot cathode fluorescent lamp (discharge lamp) according to the discharge device of the present invention will be described. The surface of a diamond produced by chemical vapor deposition (CVD) using a so-called hydrogen-based gas as a carrier gas is generally terminated by hydrogen. This hydrogen termination layer greatly contributes to the characteristics of diamond, and plays an important role in exhibiting the NEA characteristics described above. Therefore, it becomes possible to emit thermoelectrons from diamond from a low temperature. However, when the temperature rises to a certain degree, the desorption of hydrogen terminating the diamond surface begins. The hot cathode according to the present embodiment is also characterized in that this desorption of hydrogen is suppressed.

【0068】次に、本実施形態に係る熱陰極蛍光灯の構
成について説明する。本実施形態では、第1の実施形態
において説明した炭素系薄膜22と多結晶ダイヤモンド
層23とを順次形成した熱陰極を用いたが、他の実施形
態の熱陰極やその他の表面にダイヤモンドを用いた熱陰
極を採用することも可能である。熱陰極蛍光灯では封入
ガスとしてアルゴンガスと水素ガスを用いた。アルゴン
ガスは4hPa、水素ガスは1Paの分圧比でガス封入
を行った。また、比較のため、水素ガスを封入しない熱
陰極放電灯も作製した。両者を比較した結果,水素ガス
を封入した放電灯は熱陰極の寿命が格段に向上している
ことが確認された。これは、水素ガスの封入により熱陰
極のダイヤモンド表面の水素が離脱することを抑制する
ことができたからと考えられる。
Next, the structure of the hot cathode fluorescent lamp according to this embodiment will be described. In this embodiment, the hot cathode in which the carbon-based thin film 22 and the polycrystalline diamond layer 23 are sequentially formed as described in the first embodiment is used, but the hot cathode of other embodiments or diamond is used for other surfaces. It is also possible to employ a hot cathode that has been used. Argon gas and hydrogen gas were used as the filling gas in the hot cathode fluorescent lamp. Argon gas was filled with gas at a partial pressure ratio of 4 hPa, and hydrogen gas was filled with gas at a partial pressure ratio of 1 Pa. For comparison, a hot cathode discharge lamp without hydrogen gas was also manufactured. As a result of comparing the two, it was confirmed that the life of the hot cathode in the discharge lamp filled with hydrogen gas was significantly improved. It is considered that this is because it was possible to suppress the desorption of hydrogen on the diamond surface of the hot cathode by enclosing the hydrogen gas.

【0069】以上、本発明の実施形態について詳述した
が、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例
えば、電極材料はタングステンに限定されず、他の材
料、例えばモリブデンを用いることが可能である。ま
た、電極の形状もコイルや線状に限定されず、例えば板
状、膜状その他の形状を採用することが可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the electrode material is not limited to tungsten, but other materials such as molybdenum can be used. Further, the shape of the electrode is not limited to the coil or the linear shape, and it is possible to adopt a plate shape, a film shape or the like, for example.

【0070】その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することが可能である。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明によれば、ダイヤモンドからなる
部材が電極から剥離するという問題を効果的に防止する
ことができ、放電装置の耐久性を大幅に向上させること
が可能である。
According to the present invention, it is possible to effectively prevent the problem that the diamond member is separated from the electrode, and it is possible to greatly improve the durability of the discharge device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の放電装置に係る熱陰極放電灯の構造
を示す概略図。
FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a hot cathode discharge lamp according to a discharge device of the present invention.

【図2】 図1の電極11a、11bの構成を拡大して
示す断面図。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a configuration of electrodes 11a and 11b of FIG.

【図3】 本発明の第2の実施形態に係る熱陰極の構成
を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a hot cathode according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第3の実施形態に係る熱陰極の構成
を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a hot cathode according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第4の実施形態に係る熱陰極の構成
を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a hot cathode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】 ダイヤモンド薄膜及び炭素系薄膜を成膜する
のに用いた成膜装置を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a film forming apparatus used for forming a diamond thin film and a carbon-based thin film.

【図7】 本発明のダイヤモンド薄膜及び炭素系薄膜の
ラマンシフトと強度の関係を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between Raman shift and strength of the diamond thin film and the carbon-based thin film of the present invention.

【図8】 本発明の第6の実施形態に係る熱陰極の構成
を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a hot cathode according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】 ダイヤモンド薄膜にn型導電性を示す不純物
をドーピングした場合のダイヤモンドのバンド図。
FIG. 9 is a band diagram of diamond when a diamond thin film is doped with an impurity exhibiting n-type conductivity.

【図10】 従来の一般的な熱陰極放電灯の構造を示す
断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of a conventional general hot cathode discharge lamp.

【図11】 図10の電極101a、101bの構成を
拡大して示す断面図。
11 is an enlarged cross-sectional view showing the configurations of electrodes 101a and 101b in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ガラス管 11a、11b…一対の電極 11c、11d…導入線 12…蛍光体 13…封止ガス 14a、14b…一対の金具 21…電極材料 22、42、52…炭素系薄膜 23…ダイヤモンド薄膜 33、43、53…ダイヤモンド粒子 60…試料 61…ヒータステージ 62a…マイクロ波ヘッド 62b…マイクロ波導波路 63…反応室 64…石英窓 65…反応ガス導入口 66…排気システム 67…上部電磁コイル 68…下部電磁コイル 69…ヒータ電源 80…石英基板 81…タングステン層 82…炭素系薄膜 83…ノンドープの多結晶ダイヤモンド層 84…燐をドープした多結晶ダイヤモンド層 100…ガラス管 101a、101b…一対の電極 101c、101d…導入線 102…蛍光体 103…封止ガス 104a、104b…一対の金具 105a…電極材料 105b…ダイヤモンド粒子 10 ... Glass tube 11a, 11b ... a pair of electrodes 11c, 11d ... Introduction line 12 ... Phosphor 13 ... Sealing gas 14a, 14b ... a pair of metal fittings 21 ... Electrode material 22, 42, 52 ... Carbon thin film 23 ... Diamond thin film 33, 43, 53 ... Diamond particles 60 ... Sample 61 ... Heater stage 62a ... Microwave head 62b ... Microwave waveguide 63 ... Reaction chamber 64 ... Quartz window 65 ... Reaction gas inlet 66 ... Exhaust system 67 ... Upper electromagnetic coil 68 ... Lower electromagnetic coil 69 ... Heater power supply 80 ... Quartz substrate 81 ... Tungsten layer 82 ... Carbon thin film 83 ... Non-doped polycrystalline diamond layer 84 ... Phosphorus-doped polycrystalline diamond layer 100 ... Glass tube 101a, 101b ... A pair of electrodes 101c, 101d ... Lead-in line 102 ... Phosphor 103 ... Sealing gas 104a, 104b ... a pair of metal fittings 105a ... Electrode material 105b ... Diamond particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 忠司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 鈴木 真理子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5C015 EE01 PP05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tadashi Sakai             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Mariko Suzuki             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center F-term (reference) 5C015 EE01 PP05

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極と、この電極の表面に設けられSP
2混成軌道結合を含む炭素からなる第1の部材と、この
第1の部材の表面に設けられダイヤモンドからなる第2
の部材とを具備することを特徴とする熱陰極。
1. An electrode and an SP provided on the surface of the electrode
A first member made of carbon containing two hybrid orbital bonds, and a second member made of diamond provided on the surface of the first member.
A hot cathode comprising:
【請求項2】 前記第1の部材の炭素はSP3混成軌道
結合をも含むことを特徴とする請求項1記載の熱陰極。
2. The hot cathode of claim 1, wherein the carbon of the first member also includes SP3 hybrid orbital bonds.
【請求項3】 前記第1の部材は非晶質の炭素からなる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の熱陰極。
3. The hot cathode according to claim 1, wherein the first member is made of amorphous carbon.
【請求項4】 前記第1の部材は電極の表面全面に設け
られていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
に記載の熱陰極。
4. The hot cathode according to claim 1, wherein the first member is provided on the entire surface of the electrode.
【請求項5】 前記第2の部材はダイヤモンド粒子を含
むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の
熱陰極。
5. The hot cathode according to claim 1, wherein the second member contains diamond particles.
【請求項6】 前記ダイヤモンド粒子の間にはSP2混
成軌道結合を含む炭素が設けられていることを特徴とす
る請求項5記載の熱陰極。
6. The hot cathode according to claim 5, wherein carbon containing SP2 hybrid orbital bond is provided between the diamond particles.
【請求項7】 前記第2の部材はドナー性不純物を含有
するダイヤモンドからなることを特徴とする請求項1乃
至6のいずれかに記載の熱陰極。
7. The hot cathode according to claim 1, wherein the second member is made of diamond containing a donor impurity.
【請求項8】 放電用ガスが封入された外囲器と、この
外囲器内に配置された熱陰極とを備えた放電装置であっ
て、前記熱陰極は、電極と、この電極の表面に設けられ
SP2混成軌道結合を含む炭素からなる第1の部材と、
この第1の部材の表面に設けられダイヤモンドからなる
第2の部材とを具備することを特徴とする放電装置。
8. A discharge device comprising an envelope in which a discharge gas is sealed, and a hot cathode arranged in the envelope, wherein the hot cathode is an electrode and a surface of the electrode. And a first member made of carbon containing SP2 hybrid orbital bond,
A discharge device, comprising: a second member made of diamond and provided on the surface of the first member.
【請求項9】 前記放電用ガスは200nm以下の主要
発光ピークを有する元素を含むガスを含むことを特徴と
する請求項8記載の冷陰極放電装置。
9. The cold cathode discharge device according to claim 8, wherein the discharge gas contains a gas containing an element having a main emission peak of 200 nm or less.
【請求項10】 前記放電用ガスは希ガスと水銀を含む
ことを特徴とする請求項8又は9記載の放電装置。
10. The discharge device according to claim 8, wherein the discharge gas contains a rare gas and mercury.
【請求項11】 前記放電用ガスはXeを含むことを特
徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の放電装
置。
11. The discharge device according to claim 8, wherein the discharge gas contains Xe.
【請求項12】 前記放電用ガスは水素ガスを含むこと
を特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の放電
装置。
12. The discharge device according to claim 8, wherein the discharge gas contains hydrogen gas.
【請求項13】 前記第1の部材の炭素はSP3混成軌
道結合をも含むことを特徴とする請求項8乃至12のい
ずれかに記載の放電装置。
13. The discharge device according to claim 8, wherein the carbon of the first member also includes an SP3 hybrid orbital bond.
【請求項14】 前記第1の部材は非晶質の炭素からな
ることを特徴とする請求項8乃至13のいずれかに記載
の放電装置。
14. The discharge device according to claim 8, wherein the first member is made of amorphous carbon.
【請求項15】 前記第1の部材は電極の表面全面に設
けられていることを特徴とする請求項8乃至14のいず
れかに記載の熱陰極。
15. The hot cathode according to claim 8, wherein the first member is provided on the entire surface of the electrode.
【請求項16】 前記第2の部材はダイヤモンド粒子を
含むことを特徴とする請求項8乃至15のいずれかに記
載の熱陰極。
16. The hot cathode according to claim 8, wherein the second member contains diamond particles.
【請求項17】 前記ダイヤモンド粒子の間にはSP2
混成軌道結合を含む炭素が設けられていることを特徴と
する請求項16記載の熱陰極。
17. SP2 between the diamond particles
The hot cathode according to claim 16, wherein carbon having a hybrid orbital bond is provided.
【請求項18】 前記第2の部材はドナー性不純物を含
有するダイヤモンドからなることを特徴とする請求項8
乃至17のいずれかに記載の熱陰極。
18. The second member is composed of diamond containing a donor impurity.
18. The hot cathode according to any one of 1 to 17.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005044590A (en) * 2003-07-25 2005-02-17 Toshiba Corp Discharge lamp
JP2005294005A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp Thermionic cathode and its manufacturing method as well as discharge lamp
JP2008524796A (en) * 2004-12-21 2008-07-10 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Low pressure mercury vapor discharge lamp
US7423369B2 (en) 2005-08-24 2008-09-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Cold cathode for discharge lamp having diamond film
US7528535B2 (en) 2004-03-31 2009-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Cold cathode, cold cathode discharge lamp, and method for producing the same
US7605527B2 (en) 2004-05-31 2009-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Discharge lamp and discharge electrode having an electron-emitting layer including a plurality of protrusions separated by grooves

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005044590A (en) * 2003-07-25 2005-02-17 Toshiba Corp Discharge lamp
JP2005294005A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp Thermionic cathode and its manufacturing method as well as discharge lamp
US7528535B2 (en) 2004-03-31 2009-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Cold cathode, cold cathode discharge lamp, and method for producing the same
US7605527B2 (en) 2004-05-31 2009-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Discharge lamp and discharge electrode having an electron-emitting layer including a plurality of protrusions separated by grooves
JP2008524796A (en) * 2004-12-21 2008-07-10 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Low pressure mercury vapor discharge lamp
US7423369B2 (en) 2005-08-24 2008-09-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Cold cathode for discharge lamp having diamond film

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